直流输电的特点及发展前景

陈艳 马国蕾

摘要：与欧美国家相比，我国柔性直流输电技术的研究和应用起步较晚。2011年，上海南汇启动首个柔性直流输电试点，2013年，世界首个多端柔性直流输电工程在汕头南澳岛启动。近年来，随着相关装置的不断研发，我国在柔性直流输电技术和应用方面走在世界前列。

关键词：柔性直流;输电技术;特点;应用前景;分析

引言

高压直流输电已广泛应用于长距离大容量输电、海底电缆输电和异步组网，全球已实施100多个直流输电项目。高压直流输电在我国“西电东送，全国互联”发展战略中发挥着举足轻重的作用。在实际工程应用中，电力电子技术的飞速发展取得了一系列新的研究成果，柔性直流作为电力领域的下一代先进技术，为电网、电力传输等诸多问题提供了优秀的解决方案。90年，加拿大麦吉尔大学的Boon-Teck等学者首先提出了基于电压源换流器的高压直流输电概念。基于高压直流传输的电压源换流器可以通过控制电压源换流器中完全控制的电力电子设备。输电的稳定，避免了传统输电技术的诸多问题，在中国称为柔性直流输电。

1柔性直流输电的基本发展

70年代，以晶闸管为代表的电力电子器件和微处理器的发展，推动了现有高压直流输电技术的发展。90年代全控器件的出现促使研究人员将直流传输技术从半控晶闸管元件转移到全控器件，如IGBT和IGCT。基于电压源换流器（VSC）的高压直流输电概念最早由加拿大麦吉尔大学Boon-Teck等学者于1990年提出。随后，2002年，慕尼黑联邦国防军大学相关学者提出了基于MMC技术的多级转换器的概念。

2柔性直流输电的主要特点和主要优势

2.1孤岛特征

现有的高压直流输电技术要求受电端电网为强电网，受电端电网必须为稳定输电提供电压支持。在传统直流部署初期，由于交流电网本身容量大，高压直流输电仅作为小补充，问题不明确。近年来，我国积极开展新能源建设，大量来自西部的新能源需要通过直流线路向东部负荷中心輸送，问题是交流端容量不足以支撑很多直流线。与传统直流输电相比，柔性直流输电技术采用全控制装置，使其在受端电网上作为独立的交流电源运行，不仅对受端电网没有电压支持要求，而且交流电网侧即使出现内部故障也能提供低电压穿越能力总体而言，柔性直流技术的这些特点可以广泛应用于孤岛供电和大规模新能源消费。

2.2多端控制特性及配电网

常规直流输电必须有端电压支持，多端控制相对复杂。因此，中国建设的所有直流工程均采用长距离高压线路点对点的方式，将电力从能源丰富的地区输送到负荷中心。但是，随着国内经济的总体发展，必然会形成多经济中心的格局。单纯的点对点输电方式无法形成多负荷中心、多能量输送中心的高压直流输电网络。此外，我国东西部距离较远，区域负荷曲线因地区和季节而异，采用多端柔性直流输电技术可组成交直流输电网络。高电压水平以平衡不同地区不同时间和季节的能源需求。随着经济社会发展，点对点方式只能作为区域发电不平衡状态下特殊时代的产物，多级柔性直流作为高压输电走廊，低压交直流混合电网代表了未来的发展方向。

2.3MMC技术与谐波无功控制

提出柔性直流输电时，主要采用两电平或三电平技术来构成换流器，但对高压直流输电的需求一直促使研究人员提出新的柔性直流换流器电气拓扑结构。2001年提出的MMC技术几乎从根本上解决了高压输电问题。MMC系列子模块可以采用多级技术对输出电压进行高精度控制，相较于传统直流输电的滤波要求，基于MMC技术的变换器只需要很少的滤波分支。这大

大提高了系统的整体稳定性并降低了成本。电力系统70%的电能被感应电机消耗，这也带来了大量的无功需求。针对配电网较大的无功需求，近年来电力电子的发展推动了以SVC和SVG为代表的静态无功补偿装置的快速发展。然而，与外部无功补偿设备相比，基于柔性直流技术的逆变器可以提供自己的无功补偿。与外置无功补偿设备相比，在响应速度、谐波治理、安装空间和经济成本等方面具有无可比拟的优势。需要指出的是，柔性直转换器的容量构成和SVG的容量构成必须考虑各种问题。本地无功需求、无功补偿设备和逆变器的无功响应速度、两种无功补偿方式的经济成本，以及在发生故障时对低压跳开/关断能力的需求。

3柔性直流输电应用前景

我国柔性直流输电发展前景良好，应用广泛，主要从以下几个方面进行分析。一是大规模输电与交直流系统互联互通，使我国西部地区能源含量充足、负荷低，东部地区能源含量低、负荷高。能源储备和负荷分布的地区差异对大容量、长距离输电系统提出了要求，需要部署多个特高压直流输电项目。二是分布式发电系统联动分布式发电机容量小，极易受到风、光等气候因素的干扰，具有明显的可变性和间歇性特征。三是电网扩容和直流供电，柔性直流输电系统运行谐波含量低，可以快速控制系统功率，有效改善电能质量，柔性直流输电换流站可以占用更大的空间。现有的比直流输电占地面积小，可以进一步节省土地资源，减少不必要的浪费，同时，系统可以根据系统需求，控制交流侧的电流，从而控制短路容量。系统的。四是向弱电网或孤岛供电，在整流过程中，柔性直流输电系统不需要向电网外部提供整流电压，同时电网可以作为无源逆变器，无源网络也是受端系统，可以作为偏远地区的供电非常好，但是柔性直流输电采用架空线路时，供电可靠性问题仍需解决。

结语

柔性直流输电技术可以构建灵活、强大、高效的电网结构，是充分利用可再生能源优势的有效途径，代表了直流输电领域的发展和研究方向，得到了广泛的发展并应用。全世界。柔性直流输电系统主要由模块化多级变换组成，如电压源换流器、桥臂电抗器、连接变压器、交流开关柜、直流电容器、输电线路、直流开关柜、测量系统、控制和保护装置等。该流量装置的特点是模块化，可以方便地根据系统要求进行多级阶跃波输出。柔性直流输电主要用于大规模输电和交直流组网、分布式电网并网、城市电网扩容和直流供电、弱电系统或孤岛供电等。

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